JP3420808B2 - 半導体圧力センサの製造方法 - Google Patents
半導体圧力センサの製造方法Info
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイアフラム等の起歪
部に半導体歪検出素子を設けたＳＯＩ構造の半導体圧力
センサの製造方法に関する。
部に半導体歪検出素子を設けたＳＯＩ構造の半導体圧力
センサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、流体の圧力を測定するために半
導体圧力センサが広く用いられている。これは、ダイア
フラムの変位量又は歪量を電気信号に変換して圧力を検
出するものである。
導体圧力センサが広く用いられている。これは、ダイア
フラムの変位量又は歪量を電気信号に変換して圧力を検
出するものである。
【０００３】このような半導体圧力センサには、図４に
示すような拡散型圧力センサがあり、Ｎ型の単結晶シリ
コン基板１を異方性エッチング処理することにより起歪
部となるダイアフラム７を形成し、ダイアフラム７とな
る単結晶シリコン上面に不純物としてのボロンを拡散に
よってドープし、拡散抵抗層８を形成する。
示すような拡散型圧力センサがあり、Ｎ型の単結晶シリ
コン基板１を異方性エッチング処理することにより起歪
部となるダイアフラム７を形成し、ダイアフラム７とな
る単結晶シリコン上面に不純物としてのボロンを拡散に
よってドープし、拡散抵抗層８を形成する。
【０００４】さらにシリコン基板１の上面にはシリコン
酸化膜２を形成するとともに、拡散抵抗層８上にはアル
ミ電極４を設けてＰ型のピエゾ抵抗素子を形成し、これ
を歪検出素子として用いた拡散型圧力センサを構成す
る。
酸化膜２を形成するとともに、拡散抵抗層８上にはアル
ミ電極４を設けてＰ型のピエゾ抵抗素子を形成し、これ
を歪検出素子として用いた拡散型圧力センサを構成す
る。
【０００５】一般に、拡散型圧力センサでは、そのシリ
コン基板１とピエゾ抵抗素子との間をＰＮ分離により電
気的に絶縁している。このため、絶縁の不良（接合の不
完全性）を検出するには、２対の電気的に分離されたピ
エゾ抵抗に電圧を印加し、極性を反転させその前後のリ
ーク電流を測定して検出するのが普通である。
コン基板１とピエゾ抵抗素子との間をＰＮ分離により電
気的に絶縁している。このため、絶縁の不良（接合の不
完全性）を検出するには、２対の電気的に分離されたピ
エゾ抵抗に電圧を印加し、極性を反転させその前後のリ
ーク電流を測定して検出するのが普通である。
【０００６】また、拡散型圧力センサの場合、その陽極
接合は図５に例示する如く行う。すなわち、シリコン基
板１のダイアフラム７の上面部に拡散抵抗層８を形成
し、さらにシリコン酸化膜２と歪検出素子のアルミ電極
４を設けたセンサチップを、ガラス台座１０上に置く。
このガラス台座１０は電極９の上に置かれたダミーウェ
ハ１１上に置かれる。また、センサチップのアルミ電極
４上にはダミーウェハ１１を置き、その上に電極９を置
く。これら上下の電極９，９の間には直流電圧源１９に
よって電圧を印加するようにする。
接合は図５に例示する如く行う。すなわち、シリコン基
板１のダイアフラム７の上面部に拡散抵抗層８を形成
し、さらにシリコン酸化膜２と歪検出素子のアルミ電極
４を設けたセンサチップを、ガラス台座１０上に置く。
このガラス台座１０は電極９の上に置かれたダミーウェ
ハ１１上に置かれる。また、センサチップのアルミ電極
４上にはダミーウェハ１１を置き、その上に電極９を置
く。これら上下の電極９，９の間には直流電圧源１９に
よって電圧を印加するようにする。
【０００７】そして、３００〜４００℃の加熱状態でセ
ンサチップとガラス台座１０との間に高電圧を印加し、
センサチップとガラス台座１０を接合する。この陽極接
合時には、センサチップに印加される高電圧はピエゾ抵
抗素子のＰＮ接合部に加えられる電圧がある値を越えた
とき急激に電流が増大する降伏現象によりシリコン基板
１に電圧が直接印加されることとなるため、センサチッ
プを破壊することなく行なわれる。
ンサチップとガラス台座１０との間に高電圧を印加し、
センサチップとガラス台座１０を接合する。この陽極接
合時には、センサチップに印加される高電圧はピエゾ抵
抗素子のＰＮ接合部に加えられる電圧がある値を越えた
とき急激に電流が増大する降伏現象によりシリコン基板
１に電圧が直接印加されることとなるため、センサチッ
プを破壊することなく行なわれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】一方、単結晶シリコン
基板の一方の面にエッチングによりダイアアラムを形成
し、他方の面に絶縁層となるシリコン酸化膜を形成し、
その上に形成した単結晶シリコン又は多結晶シリコン薄
膜のピエゾ抵抗素子から成るＳＯＩ構造の圧力センサで
は、その絶縁層の不良を検出しようとする場合、前述し
た従来の拡散型圧力センサの絶縁不良判定の検出手段を
用いた場合、シリコン基板とピエゾ抵抗素子の間は絶縁
膜により電気的に分離されているため、２対の電気的に
分離されたピエゾ抵抗素子部の絶縁層が共に不良の場合
しか、その不良を検出できず、絶縁層の不良の検出手段
としては不十分であるという問題があった。
基板の一方の面にエッチングによりダイアアラムを形成
し、他方の面に絶縁層となるシリコン酸化膜を形成し、
その上に形成した単結晶シリコン又は多結晶シリコン薄
膜のピエゾ抵抗素子から成るＳＯＩ構造の圧力センサで
は、その絶縁層の不良を検出しようとする場合、前述し
た従来の拡散型圧力センサの絶縁不良判定の検出手段を
用いた場合、シリコン基板とピエゾ抵抗素子の間は絶縁
膜により電気的に分離されているため、２対の電気的に
分離されたピエゾ抵抗素子部の絶縁層が共に不良の場合
しか、その不良を検出できず、絶縁層の不良の検出手段
としては不十分であるという問題があった。
【０００９】また、ＳＯＩ構造の圧力センサをガラス台
座に陽極接合しようとすると、その構造上、シリコン基
板とピエゾ抵抗素子との間が絶縁膜により電気的に分離
されているため、陽極接合時の高電圧が絶縁膜に印加さ
れひいては絶縁層を破壊し、センサチップの絶縁不良を
引き起こすことになるという問題があった。
座に陽極接合しようとすると、その構造上、シリコン基
板とピエゾ抵抗素子との間が絶縁膜により電気的に分離
されているため、陽極接合時の高電圧が絶縁膜に印加さ
れひいては絶縁層を破壊し、センサチップの絶縁不良を
引き起こすことになるという問題があった。
【００１０】本発明は上述の点に鑑み、絶縁層の不良を
十分に検出でき、圧力センサをガラス台座に陽極接合す
る際、高電圧を印加しても絶縁層を破壊することがな
く、しかもノイズや静電気の影響を受けにくいＳＯＩ構
造の圧力センサの製造方法を新たに提供することを目的
とする。
十分に検出でき、圧力センサをガラス台座に陽極接合す
る際、高電圧を印加しても絶縁層を破壊することがな
く、しかもノイズや静電気の影響を受けにくいＳＯＩ構
造の圧力センサの製造方法を新たに提供することを目的
とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリコン基板
（１）のダイアフラム（７）の上に絶縁層（２）を形成
し、絶縁層（２）の上に歪検出素子（３）を設け、歪検
出素子（３）の上に電極膜（４）を設け、シリコン基板
（１）の上に電極膜（６）を設けてなる圧力センサチッ
プ（１８）に対し、その反歪検出素子側に台座（１０）
を接触させ、圧力センサチップ（１８）の前記歪検出素
子（３）上の電極膜（４）及び上記シリコン基板（１）
上の電極膜（６）に一方の電極（９）を接触させると共
に台座（１０）に他方の電極（９）を接触させ、両電極
（９，９）間に電圧を印加してシリコン基板（１）と台
座（１０）とを陽極接合する半導体圧力センサの製造方
法 を採用する。
（１）のダイアフラム（７）の上に絶縁層（２）を形成
し、絶縁層（２）の上に歪検出素子（３）を設け、歪検
出素子（３）の上に電極膜（４）を設け、シリコン基板
（１）の上に電極膜（６）を設けてなる圧力センサチッ
プ（１８）に対し、その反歪検出素子側に台座（１０）
を接触させ、圧力センサチップ（１８）の前記歪検出素
子（３）上の電極膜（４）及び上記シリコン基板（１）
上の電極膜（６）に一方の電極（９）を接触させると共
に台座（１０）に他方の電極（９）を接触させ、両電極
（９，９）間に電圧を印加してシリコン基板（１）と台
座（１０）とを陽極接合する半導体圧力センサの製造方
法 を採用する。
【００１２】また、請求項１に記載の半導体圧力センサ
の製造方法において、歪検出素子（３）上の電極膜
（４）及びシリコン基板（１）上の電極膜（６）にダミ
ーウェハ（１１）を介して一方の電極（９）を接触させ
ると共に台座（１０）に他のダミーウェハ（１１）を介
して他方の電極（９）を接触させ、両電極（９，９）間
に電圧を印加してシリコン基板（１）と台座（１０）と
を陽極接合する半導体圧力センサの製造方法を採用す
る。
の製造方法において、歪検出素子（３）上の電極膜
（４）及びシリコン基板（１）上の電極膜（６）にダミ
ーウェハ（１１）を介して一方の電極（９）を接触させ
ると共に台座（１０）に他のダミーウェハ（１１）を介
して他方の電極（９）を接触させ、両電極（９，９）間
に電圧を印加してシリコン基板（１）と台座（１０）と
を陽極接合する半導体圧力センサの製造方法を採用す
る。
【００１３】
【作用】前述の第１構成の発明によれば、シリコン基板
に接続する電極と、各歪検出素子の電極との間の絶縁抵
抗を測定することにより歪検出素子の絶縁層の良否を検
出できる。さらに、圧力センサに台座を陽極接合する
際、シリコン基板には、これに接続する電極からほとん
どの電流が流れ、歪検出素子と絶縁層を介したシリコン
基板には電位差が生じないので、絶縁層の絶縁破壊が起
こらないという作用を奏する。
に接続する電極と、各歪検出素子の電極との間の絶縁抵
抗を測定することにより歪検出素子の絶縁層の良否を検
出できる。さらに、圧力センサに台座を陽極接合する
際、シリコン基板には、これに接続する電極からほとん
どの電流が流れ、歪検出素子と絶縁層を介したシリコン
基板には電位差が生じないので、絶縁層の絶縁破壊が起
こらないという作用を奏する。
【００１４】前述の第２構成の発明によれば、ダミーウ
ェハを用いて両電極間に電圧を印加するのでシリコン基
板と台座とをより適正に陽極接合することができる。
ェハを用いて両電極間に電圧を印加するのでシリコン基
板と台座とをより適正に陽極接合することができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の半導体圧力センサの製造方法
の一実施例を図１ないし図３によって説明する。なお、
この図１ないし図３において前述した図４及び図５に示
す従来例に対応する部分には同一符号を付すこととし、
その詳細な説明を省略する。
の一実施例を図１ないし図３によって説明する。なお、
この図１ないし図３において前述した図４及び図５に示
す従来例に対応する部分には同一符号を付すこととし、
その詳細な説明を省略する。
【００１６】図１は本例の圧力センサチップ１８を示す
縦断面図、図２はその陽極接合方法を示す縦断面概略説
明図、図３はその実装状態を示す縦断面図であり、本例
の圧力センサチップは以下の方法で製造する。
縦断面図、図２はその陽極接合方法を示す縦断面概略説
明図、図３はその実装状態を示す縦断面図であり、本例
の圧力センサチップは以下の方法で製造する。
【００１７】シリコン酸化膜２はシリコンウェハを熱酸
化することによって形成する。ダイアフラム７はシリコ
ン酸化膜２と同様に形成したシリコン酸化膜を所定形状
にエッチング処理し、この後異方性エッチングにより凹
状に加工して得られる。
化することによって形成する。ダイアフラム７はシリコ
ン酸化膜２と同様に形成したシリコン酸化膜を所定形状
にエッチング処理し、この後異方性エッチングにより凹
状に加工して得られる。
【００１８】歪検出素子３は多結晶シリコン膜を形成し
たのち多結晶シリコン膜の所定箇所をエッチング除去す
ることで得られる。保護層であるシリコン窒化膜５は歪
検出素子３を形成したのちの基板上にシリコン窒化膜を
全面形成し所定の箇所をエッチング除去することで得ら
れる。
たのち多結晶シリコン膜の所定箇所をエッチング除去す
ることで得られる。保護層であるシリコン窒化膜５は歪
検出素子３を形成したのちの基板上にシリコン窒化膜を
全面形成し所定の箇所をエッチング除去することで得ら
れる。
【００１９】アルミ電極膜４及びアルミ電極膜６はシリ
コン窒化膜５上に形成されたアルミ膜の所定の箇所をエ
ッチング除去することで得られ、図１に示すようにアル
ミ電極膜４は歪検出素子３に、アルミ電極膜６はシリコ
ン基板１にそれぞれ接続される。
コン窒化膜５上に形成されたアルミ膜の所定の箇所をエ
ッチング除去することで得られ、図１に示すようにアル
ミ電極膜４は歪検出素子３に、アルミ電極膜６はシリコ
ン基板１にそれぞれ接続される。
【００２０】またアルミ電極膜４と歪検出素子３及びア
ルミ電極膜６とシリコン基板１の電気的オーミックコン
タクトを得るため、３５０〜４５０℃で３０〜１２０分
間熱処理を行なう。
ルミ電極膜６とシリコン基板１の電気的オーミックコン
タクトを得るため、３５０〜４５０℃で３０〜１２０分
間熱処理を行なう。
【００２１】以上によりシリコン基板１に接続された電
極を持ついわゆるＳＯＩ構造の圧力センサチップ１８が
構成される。また、上述の如く構成した圧力センサチッ
プ１８の陽極接合は、図２に示すように行なう。
極を持ついわゆるＳＯＩ構造の圧力センサチップ１８が
構成される。また、上述の如く構成した圧力センサチッ
プ１８の陽極接合は、図２に示すように行なう。
【００２２】圧力センサチップ１８をガラス台座１０上
に置く。ガラス台座１０は電極９の上に置かれたダミー
ウェハ１１上に載置する。また圧力センサチップ１８の
アルミ電極膜４及び電極膜６の上にはダミーウェハ１１
を置き、その上に電極９を置く。
に置く。ガラス台座１０は電極９の上に置かれたダミー
ウェハ１１上に載置する。また圧力センサチップ１８の
アルミ電極膜４及び電極膜６の上にはダミーウェハ１１
を置き、その上に電極９を置く。
【００２３】そして、圧力センサチップ１８とガラス台
座１０とを３５０〜４５０℃に加熱し、これら上下の電
極９，９の間に直流電圧源１９により高電圧を印加して
圧力センサチップ１８のシリコン基板１とガラス台座１
０とを接合する。
座１０とを３５０〜４５０℃に加熱し、これら上下の電
極９，９の間に直流電圧源１９により高電圧を印加して
圧力センサチップ１８のシリコン基板１とガラス台座１
０とを接合する。
【００２４】このような方法で陽極接合するとシリコン
基板に接続された低抵抗のアルミ電極膜６にほとんどの
電流が流れるので、歪検出素子３と絶縁層（シリコン酸
化膜２）を介したシリコン基板１には電位差が生じない
ので絶縁破壊を起こさないようにできる。
基板に接続された低抵抗のアルミ電極膜６にほとんどの
電流が流れるので、歪検出素子３と絶縁層（シリコン酸
化膜２）を介したシリコン基板１には電位差が生じない
ので絶縁破壊を起こさないようにできる。
【００２５】また、本例の圧力センサを実際に用いる場
合には、図３に例示する如くセンサケース内に装着して
用いる。センサケースはステム１２とキャン１３とを気
密を保って一体に組み合わせて構成する。ステム１２は
その中央部に大気に開放する開口１２ａを有する。図示
するように、圧力センサをそのガラス台座１０の中央開
口部１０ａが開口１２ａに合致するようステム１２上に
設置し、圧力センサのダイアフラム７の空間を大気に開
放するよう構成する。
合には、図３に例示する如くセンサケース内に装着して
用いる。センサケースはステム１２とキャン１３とを気
密を保って一体に組み合わせて構成する。ステム１２は
その中央部に大気に開放する開口１２ａを有する。図示
するように、圧力センサをそのガラス台座１０の中央開
口部１０ａが開口１２ａに合致するようステム１２上に
設置し、圧力センサのダイアフラム７の空間を大気に開
放するよう構成する。
【００２６】ステム１２にはこれと一体で構成された端
子１６とステム１２とは絶縁用シールガラス１５によっ
て電気的に絶縁された端子１４が設けられている。圧力
センサチップ１８のアルミ電極膜６は金線２０によって
一方の端子１６に接続され、端子１６は接地される。
子１６とステム１２とは絶縁用シールガラス１５によっ
て電気的に絶縁された端子１４が設けられている。圧力
センサチップ１８のアルミ電極膜６は金線２０によって
一方の端子１６に接続され、端子１６は接地される。
【００２７】圧力センサチップ１８のアルミ電極膜４は
金線１７によって他方の端子１４に接続され、端子１４
は計測回路の所定位置に接続される。ステム１２上に配
置された圧力センサチップ１８はキャン１３に覆われる
ように収容される。
金線１７によって他方の端子１４に接続され、端子１４
は計測回路の所定位置に接続される。ステム１２上に配
置された圧力センサチップ１８はキャン１３に覆われる
ように収容される。
【００２８】以上の構成によってステム１２、キャン１
３は共に接地されるため、内部に配した圧力センサチッ
プ１８はノイズや静電気に対して安定な状態に置かれ、
正確な圧力測定が可能となる。
３は共に接地されるため、内部に配した圧力センサチッ
プ１８はノイズや静電気に対して安定な状態に置かれ、
正確な圧力測定が可能となる。
【００２９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の半導体圧力
センサの製造方法によれば、圧力センサチップにおける
歪検出素子上の電極膜及びシリコン基板上の電極膜の双
方に電極を接触させ、この電極を用いて陽極接合のため
の電圧印加を行うようにしたので、歪検出素子と絶縁層
を介したシリコン基板には電位差が生じなくなり、従っ
て絶縁層の絶縁破壊を起こすことなく陽極接合を行うこ
とができるという効果がある。さらに、シリコン基板上
の電極膜と歪検出素子上の電極膜との間の絶縁抵抗を測
定することができ、従ってシリコン基板上に設けた絶縁
層の良、不良を容易に検出することができるという効果
がある。
センサの製造方法によれば、圧力センサチップにおける
歪検出素子上の電極膜及びシリコン基板上の電極膜の双
方に電極を接触させ、この電極を用いて陽極接合のため
の電圧印加を行うようにしたので、歪検出素子と絶縁層
を介したシリコン基板には電位差が生じなくなり、従っ
て絶縁層の絶縁破壊を起こすことなく陽極接合を行うこ
とができるという効果がある。さらに、シリコン基板上
の電極膜と歪検出素子上の電極膜との間の絶縁抵抗を測
定することができ、従ってシリコン基板上に設けた絶縁
層の良、不良を容易に検出することができるという効果
がある。
【００３０】また、本発明において、ダミーウェハを用
いて両電極間に電圧を印加すれば、シリコン基板と台座
とをより適正に陽極接合することができるという効果が
ある。
いて両電極間に電圧を印加すれば、シリコン基板と台座
とをより適正に陽極接合することができるという効果が
ある。
【図１】本発明の半導体圧力センサの製造方法で用いら
れるセンサチップの一実施例を示す縦断面図である。
れるセンサチップの一実施例を示す縦断面図である。
【図２】上記実施例の陽極接合手段を示す縦断面説明図
である。
である。
【図３】上記実施例の圧力センサの使用時の状態を例示
する縦断面図である。
する縦断面図である。
【図４】従来の拡散型圧力センサチップを例示する縦断
面図である。
面図である。
【図５】上記従来例の陽極接合手段を示す縦断面説明図
である。
である。
１…シリコン基板
２…シリコン酸化膜
３…歪検出素子
４…歪検出素子のアルミ電極膜
５…シリコン窒化膜
６…シリコン基板のアルミ電極膜
７…ダイアフラム
８…拡散抵抗層
９…電極
１０…ガラス台座
１１…ダミーウェハ
１２…ステム（センサケース）
１３…キャン（センサケース）
１４…端子（センサ入出力信号用）
１５…ガラスシール（絶縁用）
１６…端子（接地用）
１７…金線
１８…圧力センサチップ
１９…直流電圧源
２０…金線
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 大泉 誠
東京都大田区東馬込１−30−４ 株式会
社長野計器製作所内
(56)参考文献 特開 平４−162779（ＪＰ，Ａ)
実開 昭58−92746（ＪＰ，Ｕ)
実開 昭61−66958（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 29/84
G01L 1/22
G01L 9/04
Claims (2)
- 【請求項１】 シリコン基板（１）のダイアフラム
（７）の上に絶縁層（２）を形成し、絶縁層（２）の上
に歪検出素子（３）を設け、歪検出素子（３）の上に電
極膜（４）を設け、シリコン基板（１）の上に電極膜
（６）を設けてなる圧力センサチップ（１８）に対し、
その反歪検出素子側に台座（１０）を接触させ、圧力セ
ンサチップ（１８）の前記歪検出素子（３）上の電極膜
（４）及び上記シリコン基板（１）上の電極膜（６）に
一方の電極（９）を接触させると共に台座（１０）に他
方の電極（９）を接触させ、両電極（９，９）間に電圧
を印加してシリコン基板（１）と台座（１０）とを陽極
接合することを特徴とする半導体圧力センサの製造方
法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の半導体圧力センサの製
造方法において、歪検出素子（３）上の電極膜（４）及
びシリコン基板（１）上の電極膜（６）にダミーウェハ
（１１）を介して一方の電極（９）を接触させると共に
台座（１０）に他のダミーウェハ（１１）を介して他方
の電極（９）を接触させ、両電極（９，９）間に電圧を
印加してシリコン基板（１）と台座（１０）とを陽極接
合することを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31144993A JP3420808B2 (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 半導体圧力センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31144993A JP3420808B2 (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 半導体圧力センサの製造方法 |
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Family Applications (1)
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1993
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